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Genauigkeiten bei reflektorlosen Messungenelektronischer Tachymeter

Hans Lang

http://www.landesarchaeologen.de(30.07.2012)

Die sogenannte reflektorlose Vermessung ist ein häufig angewendetes Verfahren zur Aufnahmevon archäologischen Befunden und Funden sowie in der Bauaufnahme. Der Vorteil gegenüberder Vermessung auf Prismen liegt in der Möglichkeit, sichtbare aber unzugängliche Punkteberührungslos auf ihrer Oberfläche anzuzielen und zu vermessen. Zur Genauigkeit dieses Ver-fahrens finden sich aber oft nur sehr allgemeine Angaben. In dieser Arbeit wird daher einpraktischer Versuch vorgestellt, in dem mittels einer Messreihe verschiedene Entfernungen,Auftreffwinkel und die Reflexionseigenschaften verschiedener Oberflächen untersucht unddaraus Empfehlung für die Praxis entwickelt werden.

1. Einleitung

Die elektronische Distanzmessung mit Hilfe sogenannter Totalstationen zur digitalen drei-dimensionalen Vermessung ist ein Werkzeug, das Handzeichnungen bei der Erfassung archäo-logischer Befunde, Funde, ganzer Gebäude oder Gebäudeteile ergänzt oder im günstigsten Fallevollständig ersetzt. Anfänglich waren Totalstationen nur mit einer Infrarotmessung ausgestattet,bei der die Entfernungsmessung mittels eines, durch ein Prisma reflektierten Laserstrahleserfolgt. Heutige Totalstationen sind mit einem Messlaser im sichtbaren roten Lichtbereichausgestattet und werten auch Reflexionen auf natürliche Oberflächen aus.Im Bereich archäologischer Ausgrabungen dienen Totalstationen der Profilaufnahme und mitEinschränkungen auch der Flächenaufnahme1, der lage- und höhengerechten Einmessung vonFunden und Fundzusammenhängen vor deren Bergung sowie der Aufnahme von Passpunktenfür die Entzerrung von digitalen Messfotos.Die Art der Distanzmessung auf „natürliche“ Oberflächen wird in den Handbüchern als „reflek-torlos“2 bezeichnet. – „Prismenlos“ wäre ein genauerer Begriff, da jede Oberfläche das Lichtmehr oder weniger reflektiert. Gleichwohl wird der Terminus „reflektorlos“ hier der Einfachheitweiter verwendet. Den Bedienungsanleitungen der Messgeräte sind die Messgenauigkeiten und-toleranzen beider Methoden relativ pauschal zu entnehmen3. Diese Toleranzen näher zu

1 Einschränkungen ergeben sich hier durch schräges Anzielen, was Messfehler verursacht, sowie nicht sichtbareObjekte, die zusätzliche Stationierungen des Instruments erfordern.

2 Üblicherweise wird das Messprisma als Reflektor bezeichnet.3 s. Anhang.

Netzpublikationen zur Grabungstechnik Nr. 3, Jg. 2012herausgegeben von der Kommission Grabungstechnik

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Netzpublikationen zur Grabungstechnik Nr. 3, Jg. 2012H. Lang: Genauigkeiten bei reflektorlosen Messungen elektronischer Tachymeter

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betrachten war der Anlass für diese Untersuchung, in der eine Messreihe mit verschiedenenOberflächen, Farben, Reflexionswinkeln und Abständen erstellt wurde.

2. Entfernungsmessung mit Laserstrahlen

Es kann nicht die Absicht dieser Arbeit sein, umfassend über die physikalischen und mathe-matischen Hintergründe, die Wirkungsweise oder die Technologie von Laserstrahlen zuberichten. Um diese zu vertiefen gibt es genügend Fachliteratur. Gleichwohl seien an dieserStelle einige Grundlagen dargestellt, die für die Verwendung von Laser in der Vermessungwichtig sind.„Laser“ ist die Abkürzung für engl. „Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation“(„Lichtverstärkung durch stimulierte Emission von Strahlung“). Die annähernde Parallelität derkünstlich gerichteten Lichtstrahlen erlaubt punktgenaue Messungen mit einer Auflösung von ca.0,1 mm bei einem Durchmesser des Laserstrahls von ca. 7 x 14 mm bei 20 m Entfernung. Fürdie Entfernungsmessung können abhängig von der Modulation des Strahles zwei Messverfahrenangewendet werden:

a) Enges Frequenzspektrum bis feste Wellenlänge: Distanz- und Geschwin-digkeitsmessung über die Laufzeit des Laserstrahls (Abb. 1).

b) Phasensynchronizität: Distanzmessung über Phasenverschiebung (Abb. 2).

Abb. 1 Schema zur Entfernungs-messung über die Laufzeit (H. Lang).

Abb. 2 Schema zur Entfernungs-messung über Phasenverschiebung,(H. Lang).


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Abb. 3 Entzerrte und bearbeitete Aufnahmen des Laserpunktes auf einer Messplatte. Dargestellt ist dieGröße des Laserpunktes in Abhängigkeit von Entfernung und Auftreffwinkel (H. Lang).

Ein eher optisch reizvoller Effekt des Laserstrahls sind wellenförmige Strahldivergenzen,hervorgerufen durch die Beugung des Lichtes an den Rändern beim Austritt aus dem Laser.Aktiv für die Messung ist der helle innere Punkt des Lasers (Abb. 4 und 7).

Abb. 4 Wellenförmige Divergenzen durch Beugung. Entfer-nung: 15 m, Winkel 90°, Messraster: 1 cm. Entzerrte undbearbeitete Aufnahme (H. Lang).


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2.1 Reflexionen

Eine Distanzmessung, sei es über die Laufzeit oder Phasenverschiebung, kommt nur zustande,wenn genügend Licht gesendet und vom zu messenden Objekt zurück zum Sensor reflektiertwird. Bei der Messung auf ein Prisma braucht der Laser weniger Leistung (0,33 mW) als imVergleich zur reflektorlosen Messung (0,47 mW)4. Die Verwendung eines Prismas bietet immergleich bleibende Reflexionen, die nur durch die Entfernung im Medium Luft mit allenatmosphärischen Gegebenheiten beeinflusst werden. Der Hauptanteil von Messungenauigkeitenlässt sich auf Sonneneinstrahlung (Zittern des Laserstrahls) und durch Staub hervorgerufeneLuftverschmutzungen (ungewollte Reflexionen) zurückführen.Bei der Messung auf „natürliche“ Reflektoren ist zusätzlich mit wesentlich mehr Parametern zurechnen: Farbe, Rauhigkeit, Spiegelungen, Auftreffwinkel und Kanten. Das Ergebnis derDistanzmessung mit dem Laser ist ein Durchschnitt aus vielen intern verarbeiteten Messwerten,das auf dem Display angezeigt und gespeichert wird (Abb. 5 u. 6).

Abb. 6 Einfluss der Geometrie des Messobjektes auf die Reflexionen und Messergebnisse: a) schrägeReflexionsfläche, b) konkave Kante, c) konvexe Kante, d) Stufe (T. Wanke).

Messungen mit Abständen von 0,5 mm bei einer Entfernung von 5 m auf eine in Abb. 6dbeschriebene „Stufe“ von 15 mm erbrachte das in Abb. 7 dargestellte Ergebnis, das sich wiefolgt interpretieren lässt: Sobald der aktive helle Querschnitt des Laserstrahls die vordere Ebeneverlässt und teilweise auch hinten auftrifft, werden Mischergebnisse je nach Anteil produziert,die in der unten beschriebenen Kurve grafisch dargestellt sind (Abb. 7).

4 Leica Geosystems AG, Leica TPS400 Series. Gebrauchsanweisung (Heerbrugg 2005), 116, 121.

Abb. 5 Einfluss der Oberfläche auf die Reflexion: a) spiegelnde Reflexion, b) rechts: diffuse Reflexion(Fabien2005 / Wikimedia Commons).

a b c d

a b


Abb. 7 Messergebnisse des auf einer Stufe auftreffenden Lasers (H. Lang).

Diese verschiedenen Ergebnisse des „first echo“ und „last echo“ der Messung werden beimLaserscanning aus der Luft (LIDAR= Light Detection And Ranging)) verwendet, um aus demdigitalen Oberflächenmodell (DOM) das digitale Geländemodell (DTM, DGM) zu entwickeln,welches hoch stehende Vegetation oder Gebäude herausrechnet (Abb. 8)5.

2.2 Prismenkonstante

Genaueste Messergebnisse lassen sicgemessen wird. Beim Prisma wird dMitte fokussiert und im gleichen WinBei den meisten Prismen liegt der opder Stehachse (Stab). Die Distanz wir

5 Jörg Bofinger, Flugzeug, Laser, Sonde,der frühkeltischen Fürstensitze (Stuttgartionen_und_service/onlinepublikationen/F

Abb. 8 Schema der Laserabtastung von Geländeoberflächen

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h wie schon oben erwähnt erzielen, wenn auf ein Prismaer Laserstrahl bedingt durch seinen Aufbau immer in diekel zum Empfänger reflektiert.tische Umkehrpunkt des Messstrahls um den Wert K hinterd um diesen Betrag zu lang gemessen. Intern korrigiert das

Spaten. Fernerkundung und archäologische Feldforschung am Beispielt 2007) 15. <http://www.denkmalpflege-bw.de/fileadmin/media/publikalugzeug_Laser_Sonde_Spaten_Bofinger.pdf> (13.06-2012)

(J. Bofinger, LfD Baden-Württemberg).


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Instrument den Messwert mit der eingestellten Prismenkonstante6. Alle Konstanten sind imTachymeter voreingestellt und können auch verändert werden. So sind Messungen auf erhabeneOberflächen, hervorstehende Nägel etc., deren eigentlicher Zielpunkt hinter der Oberfläche liegt(s. Messergebnisse auf den Tischtennisball) mit Hilfe der Prismenkonstante korrigierbar (Abb.9).

Abb. 9 Prismenkonstante. Verhältnis der Stehachse (Stab) desPrismas zum optischen Umkehrpunkt des Laserstrahls (H.Lang).

3. Messaufbau

3.1 Messgeräte und Hilfsmittel

Zum Einsatz kam eine Leica Totalstation, Serie TCR 407 Power. Ein zweites Stativ diente derAufnahme des Standardprismas und der schwenkbaren mit Winkelskala versehenen Magnet-halterung für die Fixierung verschiedener Reflektoren (Abb. 10a-b).

Abb. 10a-b Totalstation und Prisma auf Stativen und schwenkbarer Magnethalter (H. Lang).

6 Die Hersteller Nikon, Pentax, Sokkia, Topcon und Trimble definieren die Prismenkonstante als negativeVerbesserung, der bei der Verwendung unterschiedlicher Prismen einzutragen ist. Alleine Leica bezieht sich aufihr Standardprisma, welche eine Verbesserung von -34,4 mm hätte, mit der Konstante 0.


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Folgende Reflektoren wurden für die Messreihe verwendet:

- Standardprisma (Infrarot-Modus). Alle gemessenen Werte wurden in Relationzu dieser Referenzmessung gesetzt.

- Reflektorfolie (Infrarot-Modus)- Karton, weiß (Grauwert ca. 5%)- Karton, grau, (Grauwert ca. 19%)- Karton, schwarz, (Grauwert ca. 90%)- Signalspray (orange)- Heraklitnagel (silbrig glänzend)- Schiefernagel (matt silbrig auf orangefarbenem Grund)- Schlossschraube (silbrig glänzend, leichte Rundung)- Tischtennisball, halbiert, ½=Durchmesser 20mm- „Erdreflektor“ (Grauwert ca. 60%)

Abb. 11 Reflektoren für die „reflek-torlose“ Messung (H. Lang).

3.2 Voreinstellungen Software

Vorab wurde der Tachymeter durch den Service überprüft und justiert, insbesondere wurde dieKorrelation des im Fernrohr sichtbaren Fadenkreuzes mit dem Laserpunkt geprüft.Die Stationierung erfolgte auf die Werte X = 0, Y = 0, Z = 0. Der Horizontalwinkel wurde auf 0gon und der Vertikalwinkel 100 gon eingestellt.Die Höhe des Tachymeters (Fernrohrmitte) wurde auf das Reflektorstativ übertragen (+/- 1 gonAbweichung von der Horizontalebene des Tachymeters).Übertragungsprogramm des Tachymeters: Leica Survey-Office.Übertragungsformat: Archaeo_15 als Ausgangsformat für das Erweitern von drei auf fünf Nach-kommastellen (s. Beispieldatei Abb. 12 und Anmerkungen zum Format).CAD-Programm: AutoCad/Applikation ArchäoCad. Beim Einrichten der Zeichnungen sind dieZeichnungseinheiten ebenfalls auf fünf (0.00000) Nachkommastellen erweitert worden.ArchäoCad wurde konfiguriert für Kodierung der verschiedenen Reflektorkürzel. Beispiel einerKodierung: 02_WE_W90: 02 = (Entfernungsmessung bei 2m), WE = weißer Reflektor, 90 =90° (Auftreffwinkel bzw. Kippung des Reflektors).


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4. Messvorgang

1. Festlegen der vorgegebenen Abstände durch Kontrollmessung auf Standard-prisma und eventuelle Korrektur von Distanz und Höhe.

2. Registrieren der Referenzmessung auf Prisma.3. Aufschrauben des Reflektorhalters, Anbringen und Anzielen des Reflektors in

der Mitte des Schwenkpunktes.4. Registrieren der Messungen für die verschiedenen Auftreffwinkel.5. Vorgang für alle anderen Reflektoren wiederholen.

Für alle Reflektoren wurden folgende Messungen durchgeführt:- Distanzen: 2 m, 5 m, 10 m, 25 m, 50 m- Winkelungen: 90° (senkrecht auf Reflektor), 75°, 60°, 45°, 30°, 15°, 10°- Alle Messungen wurden in Fernrohrlage I durchgeführt.

Bei den Messvorgängen wurde die Zeit zwischen Auslösen und Registrierung nicht gemessen.Erwartungsgemäß braucht das Gerät länger mit höherem Grauwert, um genügend Daten zurAuswertung zu bekommen. Auch ist die Geschwindigkeit von der Umgebungshelligkeitabhängig.

5. Datenverarbeitung

5.1 Datenübertragung und Konvertierung

Es wurden ca. 350 Datensätze erzeugt. Im Tachymeter werden alle Messwerte registriert, dieüber Leica-Survey-Office/Data Exchange Manager in die Leica-Formate IDX oder GSIabgespeichert werden können. Dort sind neben den unten genannten Daten auch Horizontal-und Vertikalwinkel, Schrägdistanz, Reflektorhöhe und andere Daten erfasst.Das „Archäo_15“-Format extrahiert aus diesen Daten „PointID“, „Code“, „East“, „North“ und„Elevation“ und konvertiert sie in ein von ArchaöCad lesbares und in eine CAD-Zeichnungübertragbares Format (Abb. 12).

PointID Code East Wert North Wert Elevation Wert

001 02_PA_P X 0.00000 Y 1.99200 Z -1.64080

002 02_WE_W90 X 0.00300 Y 1.99921 Z -0.00933

003 02_WE_W75 X 0.00300 Y 1.99941 Z -0.00935

004 02_WE_W60 X 0.00300 Y 1.99981 Z -0.00936

005 02_WE_W45 X 0.00300 Y 1.99991 Z -0.00937

006 02_WE_W30 X 0.00300 Y 2.00001 Z -0.00937

007 02_WE_W15 X 0.00300 Y 2.00071 Z -0.00937

008 02_WE_W10 X 0.00300 Y 2.00081 Z -0.00937

Abb. 12 Beispiel für eine Messdatei im ArchäoCad-Format [*.dat] (H. Lang).


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5.2 Darstellung in AutoCAD/ArchäoCad

Über das Prozessierungstool „Plandraw” von ArchäoCad, wurden nach vorheriger Konfigu-ration (s. 3.2 Voreinstellungen) die Daten eingelesen und in unten stehender Tabelle zusammen-gefasst (Abb. 13). Die Referenzmessung auf das Prisma wurde jeweils auf „Null“ bezogen, dieAbweichungen der Reflektoren als + (weiter) oder – (näher) verzeichnet.Für die grafische Darstellung als Kurvenverlauf wurden Verbindungen zwischen den Mess-werten eines Reflektors und unterschiedliche Farben für die Auftreffwinkel gewählt.

Abb. 13 Diagramm aller Messdaten (H. Lang).

6. Ergebnisse und Analysen

6.1 Alle Reflektoren

In Abb. 13 sind die Ergebnisse aller Messungen dargestellt.Folgende Abweichungen vom Referenzwert ergaben sich bei einer Distanz von:

- 2 m zwischen 0 und +15 mm (alle Werte +)- 5 m zwischen -6 und +10 mm (genauester Bereich)- 10 m zwischen -3 und +11 mm (Tendenz nach +)- 20 m zwischen -8 und +13 mm (meiste Werte +, starke Abweichungen bei 15-10°)- 50 m zwischen -7 und +12 mm (meiste Werte +, Auffächerung bei 15-10°)

Der ganz unten liegende Strang beinhaltet die Messungen auf einen halben Tischtennisball miteinem Radius von 20 mm (s. Einzelmessungen).Die Abhängigkeit der Messung vom Auftreffwinkel lässt sich an der Grafik der Einzel-messungen ablesen.Tabellenlegende: Dist. = Entfernung [m], Δmin = kleinste Differenz zur Sollstrecke (Sollstrecke= Messwert bei Referenzmessung mit Prisma) [mm], Δmax = größte Differenz zur Sollstrecke[mm], DA = vereinfachte durchschnittliche Abweichung zur Sollstrecke (Mittelwert aus Δminund Δmax) [mm], SB = Betrag der Schwankungsbreite (|Δmax – Δmin|) [mm] - alle Wertegerundet auf eine Nachkommastelle.


6.2 Weißer Reflektor

Der weiße Reflektor ist eine matte Pappe mit einem Grauwert von ca. 5%.Alle Messwerte liegen im Plusbereich, bei 5 m zeigt sich eine Tendenz zum Referenzwert +/-0aber Auffächerung bei flacherem Auftreffwinkel, bei 50 m zeigt sich unregelmäßiges Verhalten.

Tab. 1 Ergebnisse der Messungen auf den weißen Reflektor (H. Lang).

Dist. Δmin Δmax DS SB

2 +7,2 +8,8 +8,0 1,6

5 +2,1 +10,1 +6,1 8,0

10 +5,4 +7,3 +6,4 2,2

20 +6,3 +11,3 +8,8 5,0

50 +2,0 +11,0 +6,5 9,0

6

DAw

T

A

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.3 Grauer Reflektor

er graue Reflektor ist eine matte Pappe mit einem Grauwert von ca. 19%.lle Messwerte befinden sich im Plusbereich, bei 5 m zeigt sich eine Tendenz zum Referenz-ert hin aber Auffächerung bei kleiner werdendem Auftreffwinkel.

ab. 2 Ergebnisse der Messungen auf den grauen Reflektor (H. Lang).


2 +6,5 +8,1 +7,3 1,6

5 +0,6 +5,4 +3,0 4,8

10 +5,3 +6,9 +6,1 1,6

20 +5,3 +9,0 +7,2 3,7

50 +6,2 +9,2 +7,7 3,0

bb. 14 Diagramm der Messungen auf den weißen Reflektor (H. Lang).


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Abb. 15 Diagramm der Messungen auf den grauen Reflektor (H. Lang).

6.4 Schwarzer Reflektor

Der schwarze Reflektor ist eine matte Pappe mit einem Grauwert von ca. 90%.Alle Messwerte sind überwiegend im Plusbereich, bei 5 m Tendenz zur Annäherung zumReferenzwert, bei 50 m/15° und 10° keine Messung möglich.

Tab. 3 Ergebnisse der Messungen auf den schwarzen Reflektor (H. Lang).


2 +3,2 +6,4 +4,8 3,2

5 +0,2 +5,1 +2,7 4,9

10 +5,4 +8,6 +7,0 3,2

20 +5,4 +9,0 +7,2 3,6

50 +1,7 +4,9 +3,3 3,2

Abb. 16 Diagramm der Messungen auf den schwarzen Reflektor (H. Lang).

6.5 Orangefarbener Reflektor

Der orangefarbene Reflektor ist eine matte Signalfarbe.Alle Messwerte sind im Plusbereich, bei 5 m Tendenz zur Annäherung zum Referenzwert aberAuffächerung bei Auftreffwinkel, gleich bleibend bis 20 m.


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Tab. 4 Ergebnisse der Messungen auf den orangefarbenen Reflektor (H. Lang).


2 +7,3 +10,6 +9,0 3,3

5 +0,7 +6,7 +3,7 6,0

10 +4,9 +10,5 +7,7 5,6

20 +6,5 +12,5 +9,5 6,0

50 +6,4 +11,9 +9,2 5,5

Abb. 17 Diagramm der Messungen auf den orangefarbenen Reflektor (H. Lang).

6.6 Heraklitnagel

Stahlnagel 20 x 20 mm, Stärke 1 mm, Kopf Dm. 5 mm, Stärke 2,5 mm.Die meisten Werte sind im Plusbereich. Die Minuswerte im Bereich um 5 m sind bedingt durchdie Materialstärke von 2,5 mm. Bei 50 m/10° keine Messung mehr wegen zu großer Spiegelung.

Tab. 5 Ergebnisse der Messungen auf den Heraklitnagel (H. Lang).


2 +1,2 +5,6 +3,4 4,4

5 -4,4 -1,1 -2,8 3,3

10 -1,2 +3,5 +2,4 4,7

20 -1,2 +5,3 +2,1 6,5

50 -1,9 +4,9 +1,5 6,8

Abb. 18 Diagramm der Messungen auf den Heraklitnagel (H. Lang).


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6.7 Schiefer-/Dachpappstift

Dachpappstift Dm. ca. 10 mm, Stärke 1,5 mm auf orangefarbenem Quadrat 20 x 20 mm.Die meisten Werte im Plusbereich. Minuswerte im Bereich um 5 m sind bedingt durch dieMaterialstärke.

Tab. 6 Ergebnisse der Messungen auf den Schiefernagel (H. Lang).


2 +1,2 +5,5 +3,4 4,3

5 -3,1 -0,9 -2,0 2,2

10 -0,1 +3,9 +1,8 4,0

20 +4,1 +4,8 +4,5 0,7

50 -1,1 +7,2 +4,2 8,3

Abb. 19 Diagramm der Messungen auf den Schiefernagel (H. Lang).

6.8 Schlossschraube

Kopf einer verzinkten Schlossschraube, Dm. 15,5 mm, Stärke 4 mm.Die meisten Werte im Plusbereich. Minuswerte bedingt durch die Materialstärke. Auffächerungder Werte bei 50 m. Möglicherweise unregelmäßiger Kurvenverlauf durch Spiegelungenbedingt.

Tab. 7 Ergebnisse der Messungen auf die Schlossschraube (H. Lang).


2 +0,6 +5,2 +2,9 4,6

5 -6,1 -1,6 -3,9 4,5

10 -3,4 +2,1 -0,7 5,5

20 -0,5 +2,3 +1,5 2,8

50 -2,1 +6,3 +2,1 8,4


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Abb. 20 Diagramm der Messungen auf die Schlossschraube (H. Lang).

6.9 Verfüllung

Simulierter Reflektor aus Erde vermischt mit Holzkohle, Grauwert ca. 60%, Materialstärke ca. 2mm. Relativ gleichmäßige Messwerte von 90-30° sind im Plusbereich. Ab 15-10° im Minus-bereich.

Tab. 8 Ergebnisse der Messungen auf die „Verfüllung“ (H. Lang).


2 +0,6 +7,3 +4,0 6,7

5 -0,6 +4,7 +2,7 5,3

10 -2,1 +5,2 +3,7 7,3

20 -8,3 +5,9 -1,2 14,2

50 -7,0 +5,3 -0,8 12,3

Abb. 21 Diagramm der Messungen auf die „Verfüllung“ (H. Lang).


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6.10 Reflektorfolie

Handelsübliche Reflektorfolie 50 x 60 mm, gemessen im Infrarotmodus.Sonderfall: Es sollten die Eigenschaften der Folie im Vergleich zu „natürlichen“ Reflektorengeprüft werden. Messungen sind möglich zwischen 90-60° Auftreffwinkel, bei Winkeln kleinerals 60° war kein Signal mehr zu empfangen. Eng beieinander liegende Messungen. BesterBereich bei 5 m.

Tab. 9 Ergebnisse der Messungen auf die Reflektorfolie (H. Lang).


2 +6,0 +6,8 +6,4 0,8

5 +0,1 +0,1 +0,1 0,0

10 +0,4 +0,5 +0,5 0,1

20 +0,5 +0,6 +0,6 0,1

50 +0,5 +0,6 +0,6 0,1

Abb. 22 Diagramm der Messungen auf die Reflektorfolie (H. Lang).

6.11 Tischtennisball

Halbierter Tischtennisball, weiß, Grauwert ca. 5%, Radius: 20 mm.Sonderfall: Durch die Kugelgestalt zielt der Laserstrahl immer senkrecht auf die Oberfläche undwird durch die Krümmung nur leicht verzerrt. Die Messwerte sind um den Betrag 20 mmkorrigiert worden. Tischtennisbälle sind bereits erfolgreich als Referenzpunkte bei Laserscansverwendet worden7.Die Ergebnisse liegen sämtlich im Plusbereich und durch o.g. senkrechtes Auftreffen engbeieinander. Genauester Bereich liegt bei 5 m.

Tab. 10 Ergebnisse der Messungen auf den halbierten Tischtennisball (H. Lang).


2 +12,7 +14,5 +13,6 1,8

5 +4,3 +5,2 +4,8 0,9

10 +6,7 +7,4 +7,1 0,7

20 +8,9 +10,6 +9,8 1,7

50 +9,1 +10 +9,6 0,9

7 Björn-Ulf Raichl, Dreidimensionale Erfassung der Dachkonstruktion des Theaterneubaus in Potsdam(Diplomarbeit TFH Berlin, 2005).


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Abb. 23 Diagramm der Messungen auf den halbierten Tischtennisball (H. Lang).

7 Fazit und Empfehlungen

Die Messungen auf den Tischtennisball zeigen im Vergleich zu den flachen Reflektoren, dass esAbhängigkeiten vom Auftreffwinkel gibt. Der Laserstrahl wird bei Winkeln zwischen 30° und10° in die doppelte bis dreifache Länge gezogen (s. Abb. 2), das Ergebnis ist also in hohemMaße abhängig vom exakten Auftreffen auf den Mittelpunkt des Reflektors.Bei den Entfernungen liegt der genaueste Bereich bei 5 m und zwischen 2 und 20 m, wenn mandie Ergebnisse der Auftreffwinkel berücksichtigt, deren bester Bereich zwischen 90° und 30°liegt. Da alle Messungen im Plusbereich liegen, könnte eine Korrektur der Reflektorkonstanteum ca. -4 mm die Genauigkeit in den Bereich +/-4 mm im Vergleich zur ReferenzmessungVerbesserung bringen.Als beste Reflektoren erwiesen sich helle bis dunkle matte Oberflächen, wobei sich bei dendunkleren Oberflächen die Registrierzeiten verlängern.Reflektoren mittlerer Güte sind die kombinierten Nägel und die Schraube, letztere könntebessere Ergebnisse bringen, wenn die Oberfläche rauer, weniger spiegelnd wäre.Zwar noch messbar, aber in Bezug auf den Reflexionswinkel nicht empfehlenswert sindschwarze Reflektoren oder die Reflektorfolie (Abb. 24 und 25).

Abb. 24 Reduktion der Messungen auf den genauesten Bereich zwischen 2 m und 20 m und 90° bis 30°(H. Lang).


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Abb. 25 Positiv- und Negativbewertungen der Reflektoren (H. Lang).

Anschrift des Verfassers:

Hans LangRegierungspräsidium StuttgartLandesamt für DenkmalpflegeReferat 85Neue Straße 3489073 Ulm


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Technische Daten: Leica TCR 407 power

Aus dem Bedienungshandbuch8 sind die Standardabweichungen und Messzeiten inAbhängigkeit von der gewählten Messmethode zu entnehmen:

Tab. 11 Herstellerangaben zu Messgenauigkeit und –zeit des TCR 407 (nach Leica Gebrauchsan-weisung).

MessprogrammGenauigkeit

(Standardabweichung)Messzeit

Infrarotmodus fein 2 mm + 2 ppm 1,0 Sek.

Infrarotmodus rasch 5 mm + 2 ppm 0,5 Sek.

Infrarotmodus track 10 mm + 2 ppm < 0,15 Sek.

Infrarotmodus Folie 5 mm + 2 ppm 1,0 Sek.

reflektorloser Modus kurz 3 mm + 2 ppm 3,0 Sek. (+1,0 Sek./10 m > 30m)

reflektorloser Modus track 5 mm + 2 ppm 1,0 Sek. (+0,3 Sek./10 m)

reflektorloser Modus Prisma 5 mm + 2 ppm Typ. 2,5 Sek., max. 8 Sek.

Software

Datenübertragung: Leica Survey Office/ Data Exchange ManagerFormat-Editor: Leica Survey Office/ Format ManagerProzessierung der Daten: AutoCad 2008 (Autodesk), ArchäoCad 7.1(Arctron)Fotoentzerrung: PhoToPlan 4.1.01 (kubit)

Abbildungsnachweis

Abb. 1-4, 7, 9-25: Hans LangAbb. 5: Fabien2005, auf Wikimedia Commons (gemeinfrei):

<http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Reflexion_speculaire_fr.png> und<http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Reflexion_diffuse_fr.png> (13.06.2012)

Abb. 6: Tilman WankeAbb. 8: Jörg Bofinger, Landesamt für Denkmalpflege Baden-WürttembergTab. 1-10: Hans LangTab. 11: Angaben nach: Leica Geosystems AG, Leica TPS400 Series. Gebrauchsanweisung

(Heerbrugg 2005), 82-83.

8 Leica Gebrauchsanweisung (Anm. 4), 82-83.

http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Reflexion_speculaire_fr.png

http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Reflexion_diffuse_fr.png

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